泡沫混凝土强度的影响因素及质量控制

发布时间:2014-6-17   浏览:886

      泡沫混凝土是指通过发泡剂的发泡系统将发泡剂(通过化学或物理的方式根据应用需要将空气或氮气、二氧化碳、氧气等气体引入混凝土浆体中)利用机械方式充分发泡,并将泡沫与水泥浆均匀混合,然后经过泵送系统进行现浇施工或模具成型,通过合理的自然养护成型而成为一种内部含有大量细小、封闭、分布均匀的气孔的多孔性材料,具有轻质高强、隔热保温、防火隔音、抗水减震等特性的建筑材料。近年来,国内外都非常重视泡沫混凝土的研究与开发,使其在建筑领域的应用越来越广。但由于泡沫混凝土及其应用技术的研究成果国内外大多以专利形式体现出来,国内在泡沫混凝土生产上,既缺乏成套的设备也没有完整的数据和经验积累,施工又缺乏理论指导,因此,泡沫混凝土的优越性能并没有完全体现,经常出现诸如强度偏低、混凝土开裂或吸水等问题。近期,笔者重点研究了影响泡沫混凝土强度的一些因素,发现了一些提高泡沫混凝土强度的规律,这对在施工中充分利用建筑节能、环保的新型建筑材料有着十分重要的意义。
      1 泡沫混凝土的制备原理
      泡沫混凝土通常是用机械或压缩空气的方法将泡沫剂的水溶液制备成泡沫,再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中,经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的混凝土。
      2 影响泡沫混凝土强度的因素
      与普通混凝土一样,泡沫混凝土的强度并不是一个固定的数值,不同的胶凝材料种类、水泥用量、混凝土配合比、水灰比、泡沫用量(不同的体积质量)、发泡剂、养护制度及其他外加剂的采用与否等都影响泡沫混凝土的强度。本文仅对水灰比、配合比及外加剂的选择做重点讨论。
      2.1水灰比的影响
      在普通混凝土的制备中,混凝土的强度随成型水灰比的减小而增大,但在泡沫混凝土试验中发现的情况却不尽相同。
      1)在浆体的流动性主要依靠外加剂的用量来控制时(即浆体已经具备良好的流动性),随着水灰比的减小,强度增大;反之,减小。分析原因:随着水灰比的减小,混凝土中的游离水量减少,泡沫混凝土的吸水率降低,有效增加了混凝土强度;但当水灰比继续降低时,由于水泥水化的需水量不足会吸收泡沫中的水分,使得泡沫破裂,从而引起封闭气泡数量减少和混凝土均匀性下降,造成强度降低。
      2)在浆体的流动性主要依靠水的用量来控制时,随着水灰比的增大,强度增大;反之,减小。
      分析原因:较高的成型水灰比,保证了浆料的良好流动性,能确保将泡沫均匀引入到水泥浆料中并均匀分布,从而实现强度的增长。相反,水灰比的降低,浆体材料流动性不足,将引起气泡分布不均,从而降低混凝土的强度。
      综合以上情况,泡沫混凝土的水灰比对强度的影响是多方面的,应结合具体情况具体分析,调整水灰比的大小,使泡沫混凝土内部材料结构均匀而多封闭独立气泡是提高泡沫混凝土强度的重要途径。
      2.2 配合比的影响
      泡沫混凝土制备时可以单独采用水泥,也可能同时采用除水泥以外的混合材(如硅灰、矿渣、粉煤灰等),还可能同时采用细集料(砂子)。第一种情况:单独采用水泥时相对简单,所用水泥的强度等级越高、用量越多,制备的泡沫混凝土强度也就越大。所以,当希望制备较高强度的泡沫混凝土时,需要选择高强度等级的水泥。第二种情况:混合材料的引入会导致泡沫混凝土早期强度的显著降低,而对后期强度影响不大。如果填入适当的强度激发剂,则可有效减缓前期强度降低。实际施工中往以同时掺用混合材料和砂子的情况最为多见,因此,泡沫混凝土的配合比存在一个适宜的范围,需要根据试验确定。
      2.3 外加剂用量的影响
      泡沫混凝土使用的外加剂主要包括水泥强度激发剂、减水剂和发泡剂。
      2.3.1发泡剂
      从泡沫混凝土的制备原理分析,利用发泡剂引入大量气孔赋予其普通混凝土所没有的轻质、隔音、保温、高流动性 等功能是泡沫混凝土制备的基础;但从结构和力学的角度看,同时也引起结构致密性大大降低,从而降低了泡沫混凝土的强度。那么,如何将发泡剂的用量控制在既能实现轻质、隔音、保温和高流动性等功能,同时混凝土强度又不低于预期目标是混凝土生产科研的一个新课题。
      能产生泡沫的物质很多,但并非所有能产生泡沫的物质都可以用作发泡剂。只有发泡倍数足够大,在泡沫和浆料混合时薄膜不致破坏,具有足够的稳定性,对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂,才适合用来生产泡沫混凝土。
      发泡剂对泡沫混凝土强度的影响主要体现在泡沫的尺寸、均匀性(尺寸均匀性和分布均匀性)、泡沫的稳定性、发泡能力等。要求发泡剂的发泡能力强、密度低、单位携水量小,泡沫牢固、细小、均匀分布,对混凝土的副作用小。
      2.3.2水泥强度激发剂
      水泥强度激发剂主要在水泥混合材的场合采用,可以减轻泡沫混凝土早期强度降低的程度。但是,使用激发剂往往会降低泡沫混凝土的最终强度。
      2.3.3减水剂
      混凝土减水剂使泡沫混凝土即使在较低水灰比下仍然能够顺利完成浆料与泡沫的混合,制备出泡沫分布均匀的泡沫混凝土。所以,掺加适量的高效减水剂是制备高强泡沫混凝土的重要手段之一。但是,因为减水剂的价格比较贵而且有些减水剂与发泡剂在某些性能方面有相反的作用,所以减水剂的种类和添加量必须由试验确定。
      从表1中可以看出,掺加减水剂后泡沫混凝土的早期强度显著增加:掺入高浓萘系减水剂对强度的贡献更大。其原因在于,通过掺高浓萘系减水剂,使得水泥水化产物结构更加致密,CSH胶凝较多,而且与Ca(OH)2晶体穿插搭接成网状结构。
      3 提高泡沫混凝土强度的途径
      综上所述,配合比、水灰比和外加剂的添加是影响泡沫混凝土强度的主要因素。选择适宜的配合比,使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比,采用优质高效的发泡剂,能有效的提高泡沫混凝土的强度。
      4 结语
      泡沫混凝土又称为轻质混凝土或发泡水泥等,是一种利废、环保、节能、低廉且具有轻质高强、不吸水、不燃性的新型建筑节能材料,可用作屋面保温隔热、地暖及地面垫层和内隔墙及外墙保温等。泡沫混凝土在国内推广应用的时间还不长,对其性能和制备技术还需要进一步的研究和探索;由于制备泡沫混凝土是一个系统的过程,影响其性能的因素比较复杂,在研究过程中,有所侧重,才能有所突破。希望本文在提高强度方面的一些观点能对同行有所启发。更多详情:www.hftsl.com